基于LoRa技术的低功耗无线锚杆应力传感器设计

在目前的煤矿顶板锚杆应力监测中,由于传感器整机功耗大,存在频繁更换电池的缺点。基于此问题,本文提出了一种基于无线扩频LoRa技术的低功耗锚杆应力传感器设计方案。传感器由锂离子蓄电池供电,并通过前向纠错编码技术与网关实现数据可靠传输。利用MCU降频、空闲模式切换的方式降低了整机功耗。从而解决了锚杆应力监测的现存问题。     

基于能量自给的煤矿无线监测网络的研究与设计

针对煤矿井下矿用无线传感器的电池使用寿命有限、更换困难的问题,提出一种基于能量自给的煤矿无线监测网络的设计方案,将巷道中风流的风能转换为电能,以供矿用无线传感器使用。重点研究了低功耗技术和数据融合技术,降低矿用无线传感器平均功耗,即使巷道长时间风力较弱或无风,矿用无线传感器仍能正常工作一段时间。该网络组网灵活、安装快捷、维护方便,对煤矿安全监测网络及系统的应用起到重要作用。     

基于SmartMesh IP无线传感网络的低功耗无线压力传感器设计

现阶段在无线顶板压力监测系统中,无线压力传感器存在整机功耗高、电池更换频繁的缺点,且大多需要由本安电源供电的中继器安装在液压支架间进行数据中继,从而不能真正意义上解决有线方式中存在的传输线易被砸断、维护困难的问题。基于此,提出了一种基于SmartMesh IP无线传感网络的低功耗无线压力传感器设计方案。该方案中传感器由内置一次性锂电池供电,每个传感器都具有路由功能,无需专门的中继器进行中继传输数据且具有低功耗、数据传输可靠性高的特点。从而实现真正意义上的无线传输,解决了无线压力传感器的现存问题。     

基于LoRa技术的矿用无线复合传感器设计与实现

随着无线传感器网络技术的发展,设备状态无线监测系统越来越得到重视。针对现有的矿用无线传感器终端存在功耗高、通信距离短、射频信号抗干扰能力差等问题,提出了基于LoRa技术的矿用无线复合传感器的设计方案,详细论述了传感单元、主控单元、射频单元等硬件模块的选型与设计,以及振动数据采集、温度数据采集、数据发送等软件模块,给出了各软件模块的程序流程图。搭建了测试系统,开展了设计的无线复合传感器的功耗、无传输距离和数据有效性等性能测试。测试结果表明,设计的无线复合传感器功耗低,丢包率小于10%时无线传输距离优于600米,采集的数据真实有效。研究成果为矿用设备状态无线监测系统提供了技术支持。     

基于LoRa通信的矿用无线信号转换器

在煤矿安全监控系统中,为使具有LoRa通信接口的无线传感器接入到系统中,提出了一种基于LoRa通信的矿用无线信号转换器,主要实现LoRa无线接口与RS485接口之间的数据转换,进而实现矿用监测分站与无线传感器之间的数据传输。     

基于无线Mesh网络的瓦斯监测节点设计

设计了一种基于无线Mesh网络的瓦斯监测节点,详细介绍了节点电池供电电路、瓦斯检测电路、报警电路、显示电路、光控电路、无线组网模块6个部分硬件电路设计,以及各部分电路功耗及低功耗工作机制。模拟测试表明,该节点实现了无线自组网及低功耗运行,能够保证瓦斯监测节点在不换电池的情况下工作7 d以上。     

矿用无线液压支架压力传感器的设计

设计一种电池供电的矿用无线液压支架压力传感器,主要是采用基于Cortex-M0+内核的飞思卡尔KL15系列ARM来控制整个设备的运行,其内部集成16位模数转换器(ADC)周期性的采集,经过运放放大后的支架压力探头输出信号,转换为实际的液压支架压力信息,然后通过无线网络传输给矿压系统分站。重点介绍该设备的硬件组成结构、软件设计流程,并从这两个方面分析了其低功耗性能。大量试验结果表明,这是一种实用的低功耗型矿用液压支架压力传感器。     

满足5G供电的矿用胶轮车大容量备用电源

为满足矿用无轨胶轮车新增的5G无线传输装置和新型监测传感器的供电需求,研制出一款具备CAN总线通讯、大容量、缓启动智能化的矿用隔爆兼本安型备用电源箱;备用电源箱具有低静态功耗、输出电压稳定、电池管理系统完善、通讯可靠、安全性能高等特点,能够很好地满足5G网络智能矿用无轨胶轮车用电设备的需求。     

矿用无线微功耗自供电姿态传感器设计和应用

针对液压支架姿态测量采用多个有线传感器具有通信电缆多、布置困难、故障点多、维护量大等问题,设计了一种具有微功耗、高精度、电池供电、无线通信兼有有线通信等特点的矿用无线姿态传感器。该传感器由高精度双轴角度测量单元、高精度A/D差分转换器、高精度数字温感器等组成,利用其可得出当前设备的水平面倾斜角度和俯仰角度数据,通过相应的补偿算法提高了传感器的精度,数据通过无线的方式上传到多功能终端。实际应用表明,该传感器安装布置简便、稳定性好、测量精度高。     

井下风致振动压电能量收集技术

提出了井下风致振动压电能量收集技术为矿用无线低功耗传感器提供自供电方案。井下风致振动压电能量收集技术是利用压电材料的压电特性收集巷道内的风致振动能量,通过整流电路、滤波电路、调压电路、稳压电路和充电电路,将不规则的压电振动交流电捕获存储为可用的直流电,从而现实将巷道内风能转换为可用的直流电能。通过试验验证,矿用风致振动能量收集装置在风速为2.00～8.00 m/s内,储能设备输出电压为3.8～8.4 V,能够满足矿用无线低功耗传感器的供电需求。     

基于脉冲供电的便携式甲烷检测仪

设计了一款低功耗全量程便携式甲烷检测仪,该便携仪选用低功耗MEMS催化元件作为主要敏感元件,采用脉冲供电的方式进一步降低整机功耗。详细叙述了便携仪的总体设计方案、主要硬件电路以及核心数据处理算法。试验结果表明:设计的便携仪测量精度高,平均功耗低,连续工作时间长,完全满足煤矿井下工作人员对所处环境甲烷浓度监测的需求。     

矿用高精度压力传感器的设计和应用

设计了矿用微功耗、自供电、无线通信、自带显示屏、高精度的压力测量传感器。该传感器通过高精度压力测量模块、高精度A/D差分转换器、温度补偿采集单元、微功耗核心处理单元等部分完成当前压力值的采集和处理,通过自带液晶屏幕进行显示,采集信息通过无线或者RS485总线的方式将数据上传。设计传感器的应用解决了煤矿井下压力传感器工作模式单一、适应性差、通信电缆布置难度大、故障点多等问题。     

矿用无线传感器网络自组织协议设计

文章提出了一种矿用无线传感器网络的自组织协议,给出了适用于矿井环境监测的节点结构、无线传感器网络的拓扑结构和网络协议,实现了一种低功耗无线传感器网络。     

基于红外通信的低功耗矿用数字压力计

提出了一种低功耗的矿用数字压力计的设计方法,阐述了压力计的工作原理,硬件电路的设计和低功耗的设计思路,设计中选用了低功耗的处理器,对各部分电路进行优化和电源管理,使压力计的功耗降低到最低。     

基于低功耗控制技术的液压支架控制系统设计

现阶段的液压支架控制系统运行主要依靠监测系统与主控系统。由于矿井空间结构限制,部分设备不能采用电缆布线地面供电,必须采用电池供电的方式。例如在液压支架控制系统中的各种压力传感器、声光传感器、倾角传感器以及测高传感器都是功耗很大的耗电设备,这样对电池的电量以及持续工作时间形成比较大的挑战。另一个弊端是液压控制器设备以及各个传感器消耗电能同时都会产生额外的损耗热量;由于矿井下复杂的作业环境,对设备的结构设计需要考虑安防因素,一般都采用密封性的防爆设计,这样对设备散热形成阻碍。同时设备高功耗意味着会有更高的热量损耗发生,会导致温度更高,电子设备的信号噪声就越大,电路运行的稳定性就会降低,造成信号传输故障的几率将进一步增加,就意味着发生安全事故的概率也在增加。为了解决上述问题,研究了基于低功耗控制技术的液压支架控制系统设计,可以降低系统各个终端的功耗,达到提高其工作寿命、提高系统稳定性、降低维护成本的效果。     

基于LoRa技术的刮板输送机无线控制装置

针对采煤工作面刮板输送机的特点和作业环境的特殊性,在现有的有线控制装置的基础上,设计了一种刮板输送机无线控制装置;装置分为无线手持终端和无线固定终端,无线通信采用基于LoRa技术的低功耗长距离射频模块,控制器采用STM32低功耗微处理器,两终端利用无线通信方式实现对刮板输送机的控制;阐述了总体设计方案和软硬件的实现。试验表明:装置可靠性、灵敏度高,补充了对刮板输送机的控制方式。     

基于STM32局部放电监测系统的设计研究

设计了一种针对矿用供电电缆的无线局部放电监测系统，该监测系统基于STM32介绍了相关组成电路原理图，使用高频电流传感器和信号采集电路，实现对矿用电缆的局部放电监测。最后对系统进行了节能优化处理，保证装置在电池组供电的情况下，能够长期使用。在实验室的测试表明，其精度和续航可以实现对矿用供电电缆的局部放电监测。     

基于MSP430F169的煤矿用顶板位移传感器的设计

为降低顶板位移传感器功耗,延长传感器节点与矿用本安电源通信距离,提高顶板离层监测系统数据传输可靠性,设计了一种基于MSP430F169单片机的矿用顶板位移传感器。设计提出内外部电源管理方案,采用CAN总线通信方式,完善了人机接口功能,革新了传感器节点的工作模式。该位移传感器完成了样机研制,通过了调试,取得预期的设计目标。     

矿用传感器超远距离传输技术研究

目前矿井监控系统传感器一般传输距离只能达到2 km,为解决井下超长工作面传感器需要传输3～5 km的问题,提出传感器超远距离传输技术。传感器传输线路的电阻和传感器的功耗是影响传输距离的重要因素,重点对影响传感器功耗的因素进行了大量的试验与分析,并从降低电源电压、负载电容等方面阐述了低功耗设计的基本原则,指出降低传感变送器功耗是超远距离传输技术中最经济适用的方法。设计实例验证了该方法及原则的可行性。     

矿用低功耗随钻轨迹测量仪

设计了一种基于磁感传感器和MEMS加速度传感器的矿用随钻轨迹测量仪,重点论述了轨迹仪测量单元的设计,给出了利用磁传感器和加速度传感器测量地球磁场和重力场的测量方案。对仪器低功耗模式进行了研究,论述了采用实时时钟芯片对单片机校时的设计方案。通过精度检测试验和应用实例,证明了随钻轨迹测量仪具有精度高、功耗低、体积小的特点,完全满足实际钻探工艺中对钻孔轨迹测量的要求。